Ekstraksi Astaksantin Ultrasonik untuk Rendemen Lebih Tinggi
- Astaksantin adalah antioksidan yang sangat kuat yang digunakan dalam produk farmasi dan suplemen nutrisi.
- Untuk menghasilkan astaksantin berkualitas tinggi dari sumber alami seperti alga, diperlukan teknik ekstraksi berkinerja tinggi.
- Ekstraksi ultrasonik adalah perlakuan mekanis yang menghasilkan rendemen astaksantin tinggi dalam waktu ekstraksi yang sangat singkat.
Sonikator Berkinerja Tinggi untuk Ekstrak Astaksantin Berkualitas Tinggi
Ekstraksi ultrasonik adalah teknik ekstraksi berkinerja tinggi yang menggunakan gelombang ultrasonik intens untuk mengekstrak astaksantin dari sumber alami, seperti mikroalga, kril, atau krustasea. Astaksantin adalah pigmen karotenoid alami yang dikenal karena sifat antioksidannya yang kuat dan berbagai manfaat kesehatannya. Astaksantin umumnya digunakan sebagai suplemen makanan dan bahan pewarna makanan. Pelajari bagaimana sonikasi membantu meningkatkan proses ekstraksi astaksantin Anda!
MultiSonoReactor untuk meningkatkan ekstraksi astaksantin menggunakan ultrasonik berdaya tinggi
Ekstraksi Ultrasonik Astaksantin dari Mikroalga
Astaksantin untuk suplemen makanan, yang dikonsumsi manusia dan hewan demi manfaat kesehatannya, diperoleh dari hasil laut atau diekstrak dari alga H. pluvialis. Haematococcus pluvialis adalah mikroalga hijau yang menghasilkan kandungan astaksantin tinggi ketika diberi kondisi stres, misalnya salinitas tinggi, kekurangan nitrogen, suhu tinggi, dan cahaya. Dengan kandungan astaksantin hingga 9,2mg/g per sel alga (= hingga 3,8% dari berat kering H. pluvialis), Haematococcus pluvialis mengakumulasi astaksantin alami dalam jumlah yang sangat tinggi sehingga menjadi organisme pilihan untuk produksi astaksantin.
Untuk melepaskan astaksantin dari mikroalga hijau, sel alga harus didisrupsi. Ultrasonikasi telah banyak digunakan untuk disrupsi sel, lisis, dan isolasi senyawa bioaktif seperti lipid, antioksidan, polifenol, dan pigmen alami. Ultrasonik berkinerja tinggi menghasilkan gaya yang sepenuhnya mekanis, yang merusak dinding sel melalui gaya geser dan menyebabkan pelepasan zat bioaktif seperti astaksantin.
Ekstraksi Ultrasonik Astaksantin dari Khamir
Phaffia rhodozyma adalah khamir yang kaya akan astaksantin. Namun, dinding sel P. rhodozyma yang tebal, yang terutama tersusun atas glukan dan menentukan kekakuan sel, menjadikan disrupsi sel dan isolasi astaksantin sebagai tugas yang menantang. Para peneliti (Gogate et al. 2015) menemukan bahwa ekstraksi ultrasonik yang dikombinasikan dengan asam laktat mengintensifkan disrupsi sel dan menjadikan ekstraksi astaksantin dari P. rhodozyma sebagai proses yang lebih ramah lingkungan. Mereka menggunakan asam laktat sebagai medium untuk disrupsi dan etanol sebagai pelarut untuk ekstraksi. Rendemen astaksantin maksimum (90%) diperoleh dengan pendekatan ekstraksi berbantuan ultrasonik menggunakan asam laktat 3 M dan waktu disrupsi 15 min. Ekstraktor ultrasonik berdaya tinggi seperti UIP4000hd (4kW, lihat gambar di sebelah kiri), yang dikombinasikan dengan reaktor aliran tembus yang dapat diberi tekanan, memungkinkan pembangkitan kavitasi yang sangat intens. Gaya geser akibat kavitasi merusak dinding sel khamir dan meningkatkan perpindahan massa antara bagian dalam sel dan pelarut.
- Rendemen unggul
- Ekstraksi berkecepatan tinggi – dalam hitungan menit
- Ekstrak berkualitas tinggi – perlakuan lembut, nontermal
- Pelarut ramah lingkungan (misalnya air/etanol)
- Hemat biaya
- Pengoperasian mudah dan aman
- Biaya investasi dan operasional rendah
- Pengoperasian 24/7 dengan beban kerja berat
- Metode ramah lingkungan
Ekstraksi Astaksantin Ultrasonik – dalam Mode Batch atau Aliran Kontinu
Astaksantin adalah senyawa lipofilik dan dapat dilarutkan dalam pelarut (misalnya etanol 48,0% dalam etil asetat) dan minyak (misalnya minyak kedelai).
Batch: Proses ekstraksi ultrasonik dapat dijalankan sebagai proses batch sederhana atau sebagai perlakuan inline, dengan medium dialirkan secara kontinu melalui reaktor ultrasonik aliran tembus.
Pemrosesan batch adalah prosedur mudah yang melakukan ekstraksi per lot. Hielscher Ultrasonics menawarkan prosesor ultrasonik untuk batch kecil hingga besar, yaitu 1L hingga 120L.
Untuk memproses batch 5 hingga 10L, kami merekomendasikan UP400ST dengan sonotrode S24d22L2D (lihat gambar di sebelah kiri).
Untuk memproses batch sekitar 120L, kami merekomendasikan sonikator UIP2000hdT dengan sonotrode RS4d40L4.
Aliran tembus: Untuk volume yang lebih besar dan ekstraksi komersial skala penuh, aliran cairan kontinu dialirkan melalui reaktor ultrasonik, tempat suspensi kental pelarut/bahan nabati disonikasi secara intens.
Untuk volume sekitar 8L/min., kami merekomendasikan UIP4000hdT dengan sonotrode RS4d40L3 dan sel alir FC130L4-3G0 yang dapat diberi tekanan
UIP2000hdT (2kW) untuk ekstraksi batch skala besar
Ultrasonikator Berkinerja Tinggi untuk Ekstraksi
Hielscher Ultrasonics mengkhususkan diri dalam pembuatan sonikator berkinerja tinggi untuk produksi ekstrak berkualitas tinggi dari tumbuhan, khamir, dan sel. Portofolio produk Hielscher Ultrasonics yang luas mencakup ultrasonikator laboratorium berukuran kecil dan berdaya tinggi hingga sistem meja yang tangguh dan sistem industri sepenuhnya, yang menghasilkan ultrasonik berintensitas tinggi untuk ekstraksi dan isolasi komponen bioaktif secara efisien, seperti astaksantin, kuersetin, kafein, kurkumin, terpena, dan sebagainya. Semua sonikator digital dari 200W hingga 16.000W dilengkapi menu intuitif dengan pengaturan yang dapat diprogram, layar sentuh berwarna untuk pengoperasian yang nyaman, kartu SD terintegrasi untuk perekaman data otomatis, kendali jarak jauh melalui peramban, dan banyak fitur lain yang memudahkan pengguna. Sonotrode dan sel alir (bagian yang bersentuhan dengan medium) dapat disterilkan dengan autoklaf dan mudah dibersihkan. Semua ultrasonikator kami dirancang untuk pengoperasian 24/7, memerlukan sedikit perawatan, serta mudah dan aman dioperasikan.
Layar digital berwarna memungkinkan pengendalian peralatan ultrasonik yang mudah bagi pengguna. Sistem kami mampu menghasilkan amplitudo dari rendah hingga sangat tinggi. Untuk ekstraksi senyawa kimia seperti astaksantin, kami menawarkan sonotrode ultrasonik khusus (juga dikenal sebagai probe atau horn ultrasonik) yang dioptimalkan untuk isolasi zat aktif berkualitas tinggi secara hati-hati. Hielscher menawarkan sonotrode khusus untuk amplitudo tinggi yang dikombinasikan dengan sel alir yang dapat diberi tekanan dan mampu menghasilkan gaya geser kavitasi ekstrem, yang bahkan dapat mendisrupsi sel khamir yang sangat kuat. Ketangguhan peralatan ultrasonik Hielscher memungkinkan pengoperasian 24/7 dengan beban kerja berat dan dalam lingkungan yang menuntut.
Pengendalian parameter proses ultrasonik yang presisi memastikan reproduktibilitas dan standardisasi proses. Sistem ekstraksi ultrasonik otomatis berskala industri dari Hielscher dirancang untuk kapasitas produksi ekstrak berkualitas unggul yang tinggi, sekaligus mengurangi kebutuhan tenaga kerja, biaya, dan energi.
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Literatur/Referensi
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Fakta yang Perlu Diketahui
Sonoekstraksi
Ekstraksi ultrasonik atau sonoekstraksi didasarkan pada prinsip kavitasi akustik.
Ketika gelombang ultrasonik intens diterapkan pada sistem cair, terjadi kavitasi akustik, yaitu fenomena pembentukan, pertumbuhan, dan akhirnya keruntuhan gelembung vakum (lihat gambar di bawah). Selama perambatan gelombang ultrasonik, gelembung vakum berosilasi dan membesar hingga mencapai titik ketika gelembung tersebut tidak dapat menyerap energi lagi. Pada puncak pertumbuhannya, gelembung runtuh dengan dahsyat, yang menimbulkan efek termal, mekanis, dan kimia secara lokal. Efek mekanis tersebut mencakup tekanan tinggi hingga 1000atm, turbulensi, dan gaya geser intens. Gaya-gaya tersebut merusak dinding sel dan meningkatkan perpindahan massa antara bagian dalam sel dan pelarut, sehingga melepaskan senyawa bioaktif ke dalam cairan di sekitarnya (yaitu pelarut).
Kavitasi akustik, yang dihasilkan oleh ultrasonik berintensitas tinggi dan berfrekuensi rendah, menciptakan gaya geser intens serta perbedaan tekanan dan suhu yang besar secara lokal, yang memberikan efek yang diperlukan untuk disrupsi sel, pencampuran intens, dan perpindahan massa. Gaya geser ultrasonik ini berhasil diterapkan untuk ekstraksi kanabis.
Ekstraksi ultrasonik senyawa dari bahan nabati dan jaringan sel telah diteliti secara luas. Penerapan gelombang ultrasonik yang sangat intens meningkatkan proses ekstraksi secara signifikan. Selain intensifikasi proses – yang menghasilkan rendemen lebih tinggi dan waktu ekstraksi lebih singkat – degradasi termal dan hilangnya komponen yang sensitif terhadap suhu dapat dicegah karena sonikasi merupakan perlakuan nontermal. Selain itu, ekstraksi ultrasonik memiliki biaya investasi dan operasional yang rendah, mengurangi penggunaan pelarut dan/atau memungkinkan penggunaan pelarut yang lebih ramah lingkungan, sehingga menjadikannya teknik ekstraksi yang ekonomis dan ramah lingkungan. Dengan kinerja yang melampaui metode ekstraksi konvensional, ekstraksi berbantuan ultrasonik (UAE) telah diadopsi dari industri pangan untuk menghasilkan senyawa bioaktif dengan keuntungan ekonomis.
Gelombang ultrasonik berdaya tinggi mendisrupsi matriks sel pada struktur biologis dan melepaskan senyawa bioaktif. Perpindahan massa antara bahan tumbuhan dan pelarut diintensifkan. Berkat mekanisme ini, ekstraksi ultrasonik sangat efisien untuk ekstraksi kanabis.
Astaksantin
Astaksantin memiliki ciri khas warna merah pekat. Astaksantin adalah pigmen larut lemak yang ditemukan dalam alga (misalnya Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), khamir (misalnya Phaffia rhodozyma), salmon, trout, kril, udang, dan lobster air tawar. Astaksantin dianggap sebagai superantioksidan karena potensi antioksidatifnya sepuluh hingga dua puluh kali lebih kuat dibandingkan banyak karotenoid lain, seperti beta-karoten, lutein, dan zeaksantin, serta seratus kali lebih kuat dibandingkan alfa-tokoferol (vitamin E).
Astaksantin (3,3′-dihidroksi-β, β′-karoten-4,4′-dion) adalah ketokarotenoid dan termasuk dalam kelompok senyawa kimia yang lebih besar yang dikenal sebagai terpena (sebagai tetraterpenoid), yang tersusun dari prekursor berkarbon lima, isopentenil difosfat dan dimetilalil difosfat. Astaksantin diklasifikasikan sebagai jenis senyawa karotenoid dengan komponen yang mengandung oksigen, yaitu hidroksil (-OH) atau keton (C=O), seperti zeaksantin dan kantaksantin. Astaksantin adalah metabolit zeaksantin dan/atau kantaksantin yang mengandung gugus fungsi hidroksil dan keton. Seperti banyak karotenoid lainnya, astaksantin merupakan pigmen larut lipid dan memiliki ciri khas warna merah. Karotenoid, termasuk astaksantin, dikenal luas karena kapasitas antioksidatifnya.
Astaksantin adalah pigmen merah yang secara alami berasal dari mikroalga air hujan (Haematococcus pluvialis) dan khamir yang disebut Xanthophyllomyces dendrorhous (juga dikenal sebagai Phaffia rhodozyma). Alga tersebut mengalami stres melalui satu atau kombinasi beberapa kondisi, mulai dari kekurangan nutrisi, peningkatan salinitas, hingga paparan sinar matahari berlebihan, untuk menghasilkan astaksantin. Spesies yang mengonsumsi mikroalga air tawar yang mengalami stres tersebut, seperti salmon, trout merah, ikan seabream merah, flamingo, dan krustasea (misalnya udang, kril, kepiting, lobster, lobster air tawar), memperlihatkan pigmentasi bernuansa merah-jingga pada penampilannya.
Sebagai suplemen, astaksantin diberikan karena efeknya dalam meningkatkan kesehatan dan mengobati penyakit. Astaksantin merupakan nutraseutikal yang telah banyak digunakan untuk meningkatkan kesehatan kulit (misalnya mengurangi kerutan, kerusakan akibat sengatan matahari, dan sebagainya).
Selain itu, astaksantin semakin mendapat perhatian karena penggunaannya untuk mengobati penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, penyakit kardiovaskular, kolesterol tinggi, penyakit hati, degenerasi makula terkait usia, dan mencegah kanker.
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari skala laboratorium hingga industri.